JP2009513936A - Cross-shaped spring member - Google Patents
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Abstract
この発明は、好ましくはコリオリ原理にもとづく大量の物質の質量流量を測定するための測定機器に配置される、交差形スプリング部材に関する。これに関して、互いに相対的に回転可能である二つのベアリング部材(1,2)は、測定系内に配備されるとともに、少なくとも四つの互いに直角に交差する板スプリング部材(3,4,5,6)を有し、これらの板スプリング部材は、両方のベアリング部材(1,2)を互いに接続するものである。これに関して、互いに交差する板スプリング部材(3,4;5,6)は、半径方向(8)に対して、少なくとも対を成して配置されており、それら自身は、回転軸(7)上で交差している。これに関して、各板スプリング対(3,4;5,6)の端部は、それぞれ一方の側を異なるベアリング部材(1,2)に固定されており、その結果半径方向の圧力及び張力の荷重が、各方向(8)に同時に伝達される。 The present invention relates to a cross-shaped spring member which is arranged in a measuring device for measuring the mass flow rate of a large quantity of material, preferably based on the Coriolis principle. In this connection, two bearing members (1, 2), which are rotatable relative to each other, are arranged in the measuring system and at least four leaf spring members (3,4, 5, 6) intersecting at right angles to each other. These leaf spring members connect both bearing members (1, 2) to each other. In this regard, the leaf spring members (3, 4; 5, 6) intersecting each other are arranged at least in pairs with respect to the radial direction (8), and are themselves on the axis of rotation (7). Cross at. In this regard, the end of each pair of leaf springs (3, 4; 5, 6) is fixed on one side to a different bearing member (1, 2), with the result that radial pressure and tension loads. Are simultaneously transmitted in each direction (8).
Description
この発明は、請求項1の前文に記載の十字形又は交差形スプリング部材に関する。
The present invention relates to a cross-shaped or cross-shaped spring member according to the preamble of
回転モーメント又はトルクの正確な測定のためには、一般的に二つの構成部品を互いに相対的に回転可能な形で支持する必要がある。特に、小さいトルクに関しては、最大限可能な限り摩擦の無いベアリング支持を提供することが、測定精度に対して決定的である。比較的小さいトルクは、特にコリオリ測定原理にもとづく質量流量の測定で使用されている。そのような測定器では、推進ホイールを回転させるモーターを一定の回転速度で駆動しており、このホイール上に、物質のフローを当てて、半径方向に逸らしている。この駆動トルクをトルク測定構成で測定しており、この駆動トルクの大きさは、質量流量と比例するものである。 For accurate measurement of the rotational moment or torque, it is generally necessary to support the two components in such a way that they can rotate relative to each other. In particular, for small torques, providing a bearing support that is as frictionless as possible is critical to the measurement accuracy. The relatively small torque is used in particular in the measurement of mass flow based on the Coriolis measurement principle. In such a measuring instrument, a motor that rotates a propulsion wheel is driven at a constant rotational speed, and a flow of material is applied to the wheel to deflect it radially. This drive torque is measured by a torque measurement configuration, and the magnitude of this drive torque is proportional to the mass flow rate.
従来、物質のフローの重量を連続的に求めるための測定機器は、特許文献1により周知である。この測定機器では、モーターの駆動トルクを測定しており、その際モーターは、回転する形又は振子の形でぶら下げられるとともに、筐体と接続された力の変換器又はピックアップに固定又は支持されている。レバーアームを考慮に入れて、検出した力を、質量の大きさと正確に比例するトルクに換算又は変換している。この機器では、揺動可能な形でぶら下げられたモーターは、ボールベアリングにより、静止した筐体に対して相対的に案内されており、このボールベアリングは、その摩擦によりトルク測定を誤らせる可能性が有る。また、荷重が加わった操作の間に、片側を支持されたモーターによって、部分的に異なる又は変化するベアリングの摩擦が生じて、それが測定結果を誤らせることとなるので、従来では、トルクを求めることができなかった。 Conventionally, a measuring instrument for continuously obtaining the weight of a substance flow is known from US Pat. This measuring device measures the driving torque of the motor. In this case, the motor is suspended in a rotating form or in the form of a pendulum and fixed or supported by a force transducer or pickup connected to the housing. Yes. Taking the lever arm into consideration, the detected force is converted or converted into a torque that is exactly proportional to the magnitude of the mass. In this device, the swingable motor is guided relative to the stationary housing by a ball bearing, and this ball bearing may cause a torque measurement error due to its friction. Yes. Also, during the operation with load applied, the motor supported on one side causes friction of the bearing that is partially different or changed, which will cause the measurement result to be incorrect. I couldn't.
特許文献2により、同じくコリオリ原理にもとづく質量流量の測定機器が周知であり、この機器では、このベアリングの摩擦力をほぼ補償する測定伝達機構によって、駆動トルクを求めている。そのために、推進ホイールの駆動される測定軸を、ころ軸受に案内して、その外側のリング又は軌道輪を別のころ軸受で支持している。これに関して、第二のころ軸受の外側リング又は軌道輪には、第二のころ軸受を少なくとも測定軸と同期した回転速度で駆動又は回転させる追加的な駆動力が加わる。二つのころ軸受間の駆動トルクの違いのために、回転方向における相対的な動きが生じて、所謂破壊又は分離モーメントを必然的に伴うので、トルク測定に対する非線形的な摩擦の影響は、完全には避けることができない。
According to
特許文献3により、摩擦の無い十字形又は交差形スプリング部材を有する回転ベアリング部材を用いて駆動トルクを伝達する、コリオリ測定原理にもとづく質量流量測定機器用のトルク測定機器が周知である。この交差形スプリング部材は、二つのベアリング部材を互いに接続する、二つの直角に交差する板スプリングから構成されている。これらのベアリング部材の一方は、垂直方向に対して下方を向いたベアリングスリーブであり、その中空の空間内には、垂直方向に対して上方を向いたシリンダーが、第二のベアリング部材として案内されている。軸方向に対して、両方のベアリング部材は、一つのボールによって、回転可能な形で支持されており、このボールの摩擦は無視できるものである。半径方向のベアリング支持に関して、板スプリングが、回転軸に対して垂直に配置されており、その一端をベアリングスリーブで、他端を下方のシリンダーで固定されている。回転軸の軸方向には、互いに交差する板スプリングが、互いに間隔を空けて配備されるとともに、下方のシリンダーの切り込みを通して案内されており、この切り込みにより、両方のベアリング部材が互いに相対的に少し回転して動くことが可能となっている。この回転ベアリングは、ほぼ摩擦が無く、かつ回転方向の曲げには柔らかく、半径方向の曲げには固い形に実現されている。しかし、そのような交差形スプリング部材は、特に回転の際の半径方向の荷重に関して、板スプリングの圧力又は張力の向きに依存して、スプリングの特性が、急上昇する形又は階段状に変化し、そのことが、大きな座屈荷重を起こして、回転方向におけるスプリング指数又は係数の望ましくない変化を生じさせる危険が有るという欠点を持っている。
以上のことから、この発明の目標又は課題は、このようなスプリング部材を改善して、半径方向の荷重のもとで、回転方向の曲げに関しては柔らかく、半径方向の曲げに関しては出来る限り固く、そして回転方向におけるスプリング指数又は係数が、半径方向の荷重にほぼ依存しないようにすることである。 In view of the above, the object or problem of the present invention is to improve such a spring member so that it is soft with respect to the bending in the rotational direction and as hard as possible with respect to the bending in the radial direction under the radial load The spring index or coefficient in the rotational direction should be made almost independent of the radial load.
この目標は、請求項1に記載の発明により達成される。この発明の改善構成及び有利な実施例は、従属請求項に記載されている。
This goal is achieved by the invention according to
この発明は、板スプリング部材の対を成す構成によって、これらの板スプリング部材を、半径方向に対して特に平坦に、そのため曲げ方向に対して非常に弾性的に構成することが可能であるとの利点を有する。有利には、そのことによって、この交差形スプリング部材が、大きな半径方向の荷重に耐えて、座屈する危険がほとんど無い場合でも、板スプリング部材のヒステリシスが小さく保持されるものである。 According to the present invention, the pair of leaf spring members makes it possible to make these leaf spring members particularly flat in the radial direction and therefore very elastic in the bending direction. Have advantages. Advantageously, this allows the cross-shaped spring member to withstand large radial loads and to keep the leaf spring member low in hysteresis even when there is little risk of buckling.
更に、そのような形態で弾性的である交差形スプリング部材は、振子形又は揺動可能な形でぶら下げられた駆動モーターに関して、僅かな回転モーメントしか伝達する必要がないので、このような駆動モーターに関する力又はトルクの測定に素晴らしく適しているという利点を有する。これらのベアリングを測定系内に配置することもできるので、このような簡単な交差形スプリング部材を用いて、測定結果を誤らせるような影響を持たない、ベアリングの摩擦の無い支持を実現することが可能である。 Furthermore, a cross-shaped spring member that is elastic in such a form needs to transmit only a small rotational moment with respect to a drive motor suspended in a pendulum or swingable manner, so that such a drive motor It has the advantage of being well suited for measuring force or torque. Since these bearings can also be arranged in the measurement system, it is possible to achieve a bearing-free support that does not have the effect of misleading measurement results by using such a simple cross-shaped spring member. Is possible.
更に、この発明は、そのような交差形スプリング部材が、ほぼ磨耗の無い形で動作し、そのため僅かな保守の手間しか必要としないとの利点をも有する。即ち、少なくとも二対の板スプリングによって、ベアリング部材を接続しているために、特にボールベアリングでの小さい回転運動と半径方向の振動する荷重に関連して磨耗と摩擦を増大させることとなる、ベアリング部材における一点で受ける形の荷重が防止される。 Furthermore, the invention has the advantage that such a cross-shaped spring member operates in a substantially wear-free manner and therefore requires little maintenance effort. That is, since the bearing members are connected by at least two pairs of leaf springs, the bearings will increase wear and friction, particularly in connection with small rotational movements and radial oscillating loads in ball bearings. The load of the shape received at one point on the member is prevented.
更に、この発明は、交差形スプリング部材を回転動作させる場合でも、無荷重又は空運転動作時における高い零点安定度を有するという利点をも有する。特に、半径方向の駆動機器を有する場合でも、動いている又は回転している交差形スプリング部材が、常に均一に張力と圧力の荷重を印加されているので、測定信号の変動を引き起こす可能性が有る半径方向の撓みがほとんど生じない。更に、有利には、温度変動が激しい場合でも、そのような交差形スプリング部材を用いて、同時に高精度な力又はトルクの測定が可能である。即ち、ベアリング部材の両方に板スプリング部材を互い違いに固定する、或いは取り付けることにより、特に熱膨張効果と熱応力が、回転軸に対して互いに対称的に補償し合って、その結果それらが、測定機器に対して無視できる影響しか持たくなるものである。 Furthermore, the present invention also has the advantage of having a high zero point stability during no load or idling operation even when the intersecting spring member is rotated. In particular, even with a radial drive device, the moving or rotating cross-shaped spring member is always uniformly loaded with tension and pressure, which can cause fluctuations in the measurement signal. There is almost no radial deflection. Furthermore, advantageously, even when temperature fluctuations are severe, it is possible to simultaneously measure force or torque with high accuracy using such a cross-shaped spring member. That is, by fixing or attaching leaf spring members to both bearing members in a staggered manner, thermal expansion effects and thermal stresses are compensated symmetrically with respect to the rotational axis, and as a result, they are measured. It will have negligible impact on the equipment.
図面に図示した実施例にもとづき、この発明について、より詳しく述べる。 The invention will be described in more detail on the basis of the embodiment illustrated in the drawing.
図面の図1には、コリオリ原理にもとづく質量流量測定機器用の交差形スプリング部材が模式的に図示されている。この交差形スプリング部材は、対を成して交差する四つの板スプリング3,4,5,6から構成されており、これらの板スプリングは、リング形状の二つのベアリング部材1,2に固定されている。
FIG. 1 of the drawings schematically shows a cross-type spring member for a mass flow measuring device based on the Coriolis principle. This intersecting spring member is composed of four
この交差形のスプリング接合は、特に、図示していないスリーブ内に支持された推進ホイールの駆動軸を、揺動する形、或いは振子の形で支持された力の測定機器と接続するために提供されるものである。そのような機器は、特許文献4に開示されている。これに関して、力の測定機器は、駆動モーターとの中間伝達機構によって支持されている。このために、ベアリング部材1,2の両方は、それぞれ歯車ホイールと接続されており、これらの歯車ホイールは、噛み合っている同型の二つの中間歯車ホイールと共に回転するとともに、一つの駆動モーターによって同期した形で駆動されている。これに関して、中間歯車ホイールの一方は、力の測定セル又は荷重セル上に支持された、駆動モーメントを測定するためのレバーアームと接続されている。駆動モーメントの変動に関して、ベアリング部材上の両方の中間歯車ホイールの間に、スリップ又は相対運動が起こり、その際このスリップ又は相対運動の回転角は、質量流量に比例する。これらの回転角は、レバーアームの比率が大きい場合でも非常に小さく、一般的に5°以内であり、この交差形スプリング部材が、測定系内に直接配置されているので、ベアリング部材の測定用回転又は捻れに関して、出来る限り摩擦を起こさないものである。
This cross-shaped spring joint is provided in particular to connect the drive shaft of a propulsion wheel supported in a sleeve (not shown) to a force measuring device supported in a swinging or pendulum form. It is what is done. Such a device is disclosed in US Pat. In this regard, the force measuring device is supported by an intermediate transmission mechanism with the drive motor. For this purpose, both bearing
この駆動系では、その他の力と比べてコリオリの力が小さいために、各ベアリングの摩擦が、測定信号を弱めるとともに、非線形的な効果により、測定信号を誤らせることともなる。この交差形スプリング部材は、二つの噛み合った歯車ホイールによって、半径方向に駆動されるので、少なくはない半径方向の力が、駆動モーメントの伝達の際に発生し、その際これらの半径方向の力は、回転するスプリング部材によって吸収しなければならない。半径方向の撓みに関して、これは、求めようとしているトルク又は回転モーメントが、力の測定セル又は荷重セル上に支持された、所定の長さのレバーアームによって与えられるので、測定値に対して直接影響を持つものである。横方向の撓みに関しては、このレバーアームの長さが変化し、そのため測定エラーが生じることとなる。 In this drive system, since the Coriolis force is small compared to other forces, the friction of each bearing weakens the measurement signal and also causes the measurement signal to be erroneous due to a non-linear effect. This cross-shaped spring member is driven radially by two meshing gear wheels, so that not only a radial force is generated during the transmission of the driving moment, in the case of these radial forces. Must be absorbed by the rotating spring member. With respect to radial deflection, this is directly relative to the measured value, since the torque or rotational moment that is being sought is provided by a lever arm of a predetermined length supported on a force measuring cell or load cell. It has an influence. With respect to lateral deflection, the length of this lever arm changes, which results in measurement errors.
そのような半径方向の力の荷重に関して、特に回転する交差形スプリング部材に関して、板スプリング3,4,5,6の回転角の位置に応じて、張力と圧力の両方の荷重が、板スプリングの軸方向に生じる。特に圧力の荷重に対して、板スプリング3,4,5,6における座屈運動を防止するためには、これらの板スプリングのサイズは、それにより、これらの回転方向の曲げに対する柔らかさが阻害されるような大きさにしなければならない。
With respect to such radial force loads, particularly with respect to rotating cross-shaped spring members, depending on the rotational angle position of the
従って、この発明による交差形スプリング部材は、各角度位置において、大きな半径方向の力の荷重が生じても、半径方向の撓みの危険を生じさせることなく、回転方向の曲げには出来る限り柔らかく、半径方向の曲げには全体的に固くなるように実現される。このことは、この発明にもとづき、好ましくは交差する板スプリング3,4,5,6を、半径方向8に対して対を成して配置し、その際それらの端部を、それぞれ異なるベアリング部材1,2に固定することによって実現される。このため、図面の上方の部分に有る第一の板スプリング3と第二の板スプリング4は、回転軸7に対して垂直に又は横切る形に配置されている。これに関して、これらの両方は、回転軸7の軸方向に対して、互いに平行に並んで配備されており、その際第一の板スプリング3は、その一端を上方のリング形状のベアリング部材1で、他端を下方のリング形状のベアリング部材2で固定されている。他方、これらの対を成して配置された板スプリングの第二の板スプリング4は、その端部をそれとは逆の又は反対の形でベアリング部材1,2で固定されており、その結果その左端の領域が、上方のリング形状のベアリング部材1と接続されており、その右端の領域が、下方のリング形状のベアリング部材2と接続されている。これらの板スプリング3,4の両方は、図面の下方の領域の回転軸7上において、別の板スプリング5,6と直角に交差している。しかし、これに関して、すべての板スプリング3,4,5,6は、回転軸7の軸方向に対して、間隔を空けて配置されており、その際下方の板スプリング対5,6は、回転軸7と垂直な又は横切る方向に対して、互いに平行に並んで延びている。これに関して、第三の下方の板スプリング5は、その左端の領域を下方のリング形状のベアリング部材2で、その右端の領域を上方のリング形状のベアリング部材1で固定されている。他方、第四の下方の板スプリング6は、その左端の領域を上方のリング形状のベアリング部材1に、その右端の領域を下方のリング形状のベアリング部材2に置かれている、或いは取り付けられている。
Therefore, the cross-shaped spring member according to the present invention is as soft as possible in bending in the rotational direction without causing a risk of bending in the radial direction even when a large radial force load occurs at each angular position. It is realized that the bending in the radial direction is hardened as a whole. This is based on the present invention, preferably in which the intersecting
回転方向の駆動により、並びに揺動する形又は振子形のモーター又は中間伝達ベアリング支持により、様々な異なる半径方向の荷重が、交差形スプリング部材に加わり、それが、板スプリング3,4,5,6に圧力と張力の両方の効果を起こす可能性がある。回転駆動される交差形スプリング部材に関して、これは、力が加わる位置に対する各角度位置によって、既に変化している。そのような板スプリング3,4,5,6は、その構造によって必要とされる通り、圧力荷重よりもずっと大きな張力荷重に耐えるので、この発明にもとづき、これらの板スプリングは、対を成して配置されるとともに、ベアリングリングとして実現されたベアリング部材1,2の両方に互い違いに固定される。そうすることによって、スプリング対3,4;5,6の板スプリング3,4,5,6は、半径方向の張力と圧力の両方の荷重を互い違いに加えられることとなり、その結果各スプリング3,4,5,6を、好ましくは特に平坦に、そのため回転方向の曲げに対して非常に柔らかく実現することができる。下方の交差して配置された板スプリング対5,6に対しても、このような互い違いの固定又は取付を行っているので、回転に関して、半径方向の力の均一な分散が起こり、それによって、半径方向の力の安定したベアリング支持が保証される。
Due to the rotational drive as well as the swinging or pendulum motor or the intermediate transmission bearing support, various different radial loads are applied to the cross-shaped spring members, which are the
そのような交差形スプリング部材は、回転する測定系に適用可能又は利用可能であるだけでなく、むしろ揺動する形又は振子形にぶら下げられた駆動モーターに直接配備することもできる。そして、これに関して、一方のベアリングリング1は、駆動モーターの固定子と接続されるとともに、他方のベアリングリング2は、力を測定する機器を支持する静止した構成部品と接続される。
Such a cross-shaped spring member is not only applicable or available for rotating measuring systems, but rather can be directly deployed on a swinging or pendulum-mounted drive motor. In this regard, one
そのような交差形スプリング部材の好ましい実施例が、図面の図2に、組み込んだ実施形態として図示されている。そこでは、機能的に同等の構成部分には、図面の図1と同じ符号を付与している。この図面の図2の実施例は、構造又はパターンを持ったリング部材として実現された、二つのベアリング部材1,2から構成されている。これに関して、両方のリング部材1,2は、切り込み及びスリットによって、軸方向に対して互いに間隔を空けて、回転可能な形で配置されている。図面の図1による模式図とは逆に、一方の交差する、或いは横切る方向8のスプリング対3,4;5,6は、互いに直には並んでおらず、その代わりに、一例として、他方の交差する、或いは横切る方向8の交差する板スプリング対によって分断されている。
A preferred example of such a cross-shaped spring member is illustrated as an incorporated embodiment in FIG. 2 of the drawings. Here, functionally equivalent components are given the same reference numerals as in FIG. 1 of the drawings. The embodiment of FIG. 2 of this drawing consists of two bearing
リング部材1,2は、互いに対する又は互いに向かった、並びに互いの中への突起及び切り込み13の形で軸方向に延びており、その際これらの隙間は、最大の回転角に対しても接触が許されない又は防止されるように設けられている。これに関して、こらの突起又は突出は、軸方向の面9を有し、これらの面は、半径方向に配置されており、板スプリングの端部領域を固定する役割を果たしている。板スプリング3,4,5,6は、ネジ又はボルトを用いた接続部10によって、リング部材1,2に固定されている。板スプリング3,4,5,6は、大きな引張強度を有する平坦で薄いスプリング材料、好ましくはばね鋼合金から構成されている。リング部材1,2は、好ましくは切削機械加工プロセスによって、パイプの材料から機械加工された、或いは鋳造部品として製造された固体金属の物体から構成される。
The
二つのリング部材1,2は、それぞれ接続用リム又はエッヂ11上に固定手段を配備されており、その結果例えば、互いに相対的に捻ることが可能又は回転することが可能な形に構成された、歯車ホイール、回転車軸、スリーブ、その他の捻り又は回転部材と接続することが可能である。図示した交差形スプリング部材は、好ましくはコリオリ原理にもとづく質量流量測定機器に配備される。しかし、そのような交差形スプリング部材は、例えば、支持された力の測定機器を用いて、シャフト、モーター、同様のもののトルクを求めるための、その他のトルク測定機器にも適用可能又は利用可能である。
The two
1,2 ベアリング部材
3,4,5,6 板スプリング部材
7 回転軸
8 半径方向
9 軸方向の面
10 接続部
11 接続用リム又はエッヂ
12 階段状内面部分
13 突起、切り込み
1, 2
Claims (7)
互いに交差する板スプリング部材(3,4;5,6)は、半径方向(8)に対して、少なくとも対を成して配置されており、その際各板スプリング対(3,4;5,6)の一方の側の端部は、それぞれ異なるベアリング部材(1,2)に固定されており、それと反対側の端部は、それとは逆の部材に固定されていることを特徴とする交差形スプリング部材。 A cross-type spring member for connecting two relatively rotatable bearing members (1, 2) having at least two leaf spring members (3,4, 5, 6), the leaf springs In a cross-shaped spring member where the members intersect each other with respect to the axis of rotation (7) and connect both bearing members (1, 2) to each other,
The leaf spring members (3, 4; 5, 6) intersecting each other are arranged in at least a pair with respect to the radial direction (8). 6) An end on one side is fixed to a different bearing member (1, 2), and an end on the opposite side is fixed to the opposite member. Shape spring member.
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